Maxwellscher Demon -Wikipedia

マックスウェルシェデーモン また マックスウェル・デモン 1871年にスコットランドの物理学者ジェームズクラークマックスウェルが発行した思考実験であり、彼は熱力学の2番目の主要な文に疑問を呈しています。この思考実験に起因するジレンマは、多くのよく知られている物理学者（Feynmanなど）によって処理され、何度か新しい知識につながりました。アインシュタインのフォーミュラの質量とエネルギーの関係と同様に、情報とエネルギーの間に関係がありました

。マイナーなエネルギー

、 一

ビット情報を処理するのはです

（

ボルツマンの定数です

システムの絶対温度）。今日でも、マックスウェルの悪魔は理論物理学に触発されています。物理学の外では、マックスウェルの悪魔は、このジレンマを引き起こす魅力のために芸術への道を見つけました。 ^[初め]

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「デーモン」はフラップを開いて閉じて、AからBからBからBからAまでの大きい速度（赤）、AからAまでのようなものを閉じます。

元の思考実験では、小さなロック可能な開口部があるパーティションによって共有される容器について説明します。両方の半分には空気分子が含まれています。まず、両方の半分の温度が同じです。その結果、両方の半分に高速と遅い分子の混合物があり、どちらも同じ温度の分布に対応しています。この分子は、デーモンという名前が後でそれを取得しただけであることを「見る」ことができる存在 – 容器の半分にゆっくりと収集され、もう一方に速い方法で接続の開口部を開閉します。半分は寒くなり、もう一方の半分が暖かくなります。

理想的な条件下では、パーティションの開口部の開閉にエネルギーを費やす必要はありません。それにもかかわらず、結果として生じる温度差は、存在する限り、例えばB.暖房機を操作します。あなたはそれを使用すると同時に、最終的に冷却を除いてコンテナ内のコンテナにそれ以上の変更がありませんでした。これは、熱力学の2番目の主要条項に違反します（「暖かい貯水池の荷重と冷却以外に機能する定期的に作業するマシンを構築することは不可能です。」）。

ジェームズ書記官マックスウェル1871 [ 編集 | ソーステキストを編集します ]

マックスウェル自身は、2番目のメイン文が本質的に、すなわち巨視的領域でのみ統計的であるという事実の重要な兆候を作成した問題でのみ見ました。分子の総数を十分に選択すると、接続が絶えず開いていても、容器の2つの半分の間に明確な温度差が発生する可能性があります。

ケルビンLord 1874 [ 編集 | ソーステキストを編集します ]

後のケルビンLordであるウィリアム・トムソンは、「マックスウェルの悪魔」という用語を導入し、重要な仕事は彼の「並べ替え」によるものであることに気付きました。元の「温度悪魔」に加えて、彼はzの他の悪魔の可能性を仮定しました。 B.動きの方向に応じて速度論的エネルギーに直接並べ替えて、塩溶液を濃縮溶液に分け、個々のガスに応じて純水またはガス混合物に分類することにより、熱エネルギーを輸送します。彼はどこでも、この種の散逸の「自然な」プロセスの逆転を見ました。

マックス・プランクなどは、当時のマックスウェルの悪魔にも対処していました。一般的に、彼は単に「不自然」と見なされており、問題を行うか、少なくとも純粋に学術的にすることを考えていました。結局のところ、彼は出現したばかりの熱力学にある程度の明確さをもたらしました。

しかし、マックスウェルはそれまで認識されていたときに、より深い問題を提起していました。分子のダイナミクスと統計の助けを借りて、なぜ熱力学的プロセスが「自然な」方向に自然に実行される理由を説明できます。ただし、反対方向であっても、技術的手段を巧みに使用してそのようなプロセスを強制することができない理由を説明することは不可能でした。 2番目のメイン句は、1つの文のみであるため、まさにこの不可逆性が必要です。

レオシラード1929 [ 編集 | ソーステキストを編集します ]

Szilárdは、1929年にセンセーショナルなハビリテーションの論文を置きました インテリジェントな存在の介入中の熱力学システムにおけるエントロピーの減少について 前。彼は当初、モデルを単一の分子に還元することにより、モデルを根本的に簡素化しました。このモデルでは、分子が以前に定義された容器の半分にあるときに、パーティション（現在はピストンのようになりました）をもたらします。分子は現在、ピストンパーティションを外側に押し出し、質量で動作します。環境からの熱は吸収され、温度が同じままです。その後、サイクルが繰り返されます。各サイクルでは、環境の暖かさが低下し、質量のポテンシャルエネルギーは同じ量だけ増加します。一方、各サイクルについて、存在は最初に容器の半分を観察することにより測定を行う必要があります。分子はその中にありますか？したがって、測定はバイナリ情報を獲得します。この情報は、少なくとも短期間で記憶に保持する必要があります。

この問題は管理可能になりました。自然と1分子ガスとの唯一の相互作用は測定です。エントロピーの熱力学的減少は、測定によって違反することはできないため、2番目のメイン句は違反されないように、つまり同じ量の測定によってのみ違反します。このエントロピーの量

熱力学的プロセスからSzilárdを計算しました

、ボルツマン定数で

。

これは、このエントロピーが何らかの形で測定で保存された情報が

含める必要がありました。初めて、初めて、それはまだ非常にぼやけていましたが、情報のエントロピーの話がありました。 Maxwellscheの悪魔は、情報理論の基礎に貢献していました。エントロピーが測定、情報、メモリからシステムにある場合、Szilárdはまだ決定できませんでした。

レオン・ブリルアン1951 [ 編集 | ソーステキストを編集します ]

ブリルアンは、1951年に測定、悪魔の「見る」ことについてもっと正確に尋ねました。最終的に、文字通りの意味を見ることは、完全に異なる波長が考えられる場合でも、光で分子を光でスキャンすることを意味します。光の量子性を考慮に入れるとき、このスキャンは、分子と光子の2つの粒子の相互作用を意味します。ブリルアンは、このショックでは、光子のエネルギーが情報を提供するのに十分な大きさでなければならない場合、2番目のメインクロックを保持するのに十分なエントロピーが常にあることを比較的簡単に示すことができました。悪魔は行われたようで、エントロピー生成の正確な場所についてのまだ開かれた質問であるシラードでは、見かけ上で明確になります。

ブリルアンは彼の解釈を続け、光子を（「縛られた」）情報の伝達と見なし、初めて情報のエントロピーと1948年にシャノンによって導入された熱力学エントロピーとの間の直接的なつながりを想定しました。その後、彼は「情報の潜在性の原則」を策定しました。これは議論の余地がありました。情報自体は否定的なエントロピー（ネグロピア）であり、維持という意味で、ガスの対応するエントロピーの増加を引き起こします。悪魔はそれを再び補償することができます。

ただし、光子による測定の前提条件は、制限が強すぎることが判明し、これも回避できます。

ロルフ・ランダウアーとチャールズ・ベネット1961/1982 [ 編集 | ソーステキストを編集します ]

LandauerはMaxwell Demonを扱っていませんでしたが、情報ストレージに対処しました。 1961年に、彼は潜在的なポットのモデルに、書き換えされた状態でリセットされたという意味で、bi、常に既知の物理的に保存されているエントロピーが常に既に既知のエントロピーがあることを示すことができました。

今日、ランダウアーの原則として知られているリリースが必要です。彼は、消火作戦の論理的不可逆性とのつながりを確立しました。対照的に、執筆や読書などの論理的に可逆的な操作は、エントロピーやエネルギートレーニングを引き起こしません。これは、ブリルアンが物理的に無関係な「無料の」情報を持っていたものの物理的な文脈でした。しかし、チャールズ・ベネットは1982年にのみ、ランダウアー原則をマックスウェルの悪魔の記憶に適用することで、2番目のメインキットを満たすために欠落したエントロピーがガスに回収され、一方で測定は小さな散逸で実行できることを示しました。ベネットによると、マックスウェルシェンデモンズのスイングドアは、ガス粒子がドアを通過した後、必然的に振動する必要があります。閉じたドアがガス粒子を明らかに「正しい」方向に通過させるように、振動するドアは、ガス粒子が反対方向に発生することを引き起こします。振動するドアは、局所的な過熱状態を表しています。過剰なエネルギーは、ガス粒子を加速することにより反対方向に放出されることが好ましいです。閉じたドアのスイングドアに対する割合は、ガス密度とは無関係です（ボルツマン統計）。

2000年のLandauerの論文による詳細な分析では、Orly R. ShenkerはLandauerの議論の議論においてさまざまな間違いを見ています。これは、特に情報理論と熱力学の散逸の概念の容認できない方程式にまでさかのぼることができます。 Landauerの原則が熱力学の2番目の主要なレートに基づいていることを示しています。 2番目のメイン文の妥当性は、Maxwell Demonの問題を解決することにより実証されるため、容認できない円形カバーが作成されます。したがって、ベネットとランダウアーは、マックスウェルデーモンの2番目のメイン文の有効性を証明するという意味で、マックスウェルの悪魔に反論しませんが、マックスウェルの悪魔が2番目の主要条項に違反している場所を正確に示しています。

オリバー・ペンローズ1970 [ 編集 | ソーステキストを編集します ]

1970年、ペンローズはマックスウェルの悪魔を扱い、ランダウアーの仕事を知らずに、ベネットの前に同じ結果に対するエントロピーに関する統計的議論を持っていました。悪魔の記憶が満たされている場合、リセット後にのみ使用できます。これにより、システム全体の可能な条件が減少します。メモリに統計的エントロピー定義を適用することは、ランダウアーの結果にもつながります。

• チャールズ・H・ベネット： マックスウェルの悪魔 Spectrum of Science、1988年1月、p。48。
• ジェームズ書記官マックスウェル： 熱の理論。 1871年
• Harvey S. Leff（hrsg。）、Andrew F. Rex（hrsg。）： MaxwellのDemon 2：エントロピー、古典的および量子情報、コンピューティング。 Institute of Physics Publishing、Bristol 2003、ISBN 0-7503-0759-5

1. ↑ z。一。 ホモフェイバー マックス・フリッシュ